三自由度加载系统力-位移混合控制方法

目的研究一类考虑几何非线性的控制器设计问题,改善三自由度加载系统的加载控制效果.方法在传统不考虑耦合作用的外环位移反馈控制基础上,引入非线性变换和外环PI控制器,利用力-位移混合控制的策略实现对试件的精确加载控制.结果笔者提出的考虑耦合作用的力-位移混合控制方法通过合理设置外环PI控制器的比例参数和积分参数可保证控制系统稳定,且能够实现对试件水平位移、竖向力和转角的精确加载.结论该方法相比传统方法具有更好的加载控制精度,在三自由度加载控制试验中有广阔的应用前景.

力-位移混合控制方法在大型多功能试验加载系统拟静力试验中的应用

为了满足结构试验试件尺寸越来越大、边界条件越来越复杂的需求,国内外多家高校和科研机构都开发了大型多功能试验加载系统,对试验系统的精确加载控制是保证试验顺利进行和取得准确试验结果的关键。通过介绍国内外现有的一些大型多功能试验加载系统,针对哈尔滨工业大学结构与抗震试验中心的大型多功能试验加载系统压剪拟静力试验的竖向加载控制方法展开研究;提出应用力-位移混合控制法实现竖向力加载控制,基于MTS控制系统给出具体实施方案,并通过试验对比传统力控制方法与基于力-位移混合控制法的控制效果。研究结果表明:传统力控制方法虽然能很好实现稳定的竖向力,但很难保证试件的压剪受力状态;而力-位移混合控制法不但可以精确实现轴向力的加载控制,还能确保试件的压剪受力状态;基于力-位移的混合控制法对于该类加载试验系统的竖向力加载控制具有通用性,在大比例尺柱、墙等试件的压剪试验中具有广阔的应用前景。

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究

现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验,同时对子结构边界进行近似处理,简化加载方案,以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。然而,这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差,特别是各向刚度差异很大的构件,由于各自由度之间的耦合效应,以及传统试验装置控制模式和精度的限制,难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载,加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题,利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,采用鲁棒性PID控制方法,以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差,提高子结构试验的精度。通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力-位移混合控制方法的可行性和正确性。

双向液压机位移-力双变量高精度耦合控制方法

针对双向液压机电液伺服系统中位移-力双变量高精度耦合控制需求,基于负载口独立控制结构设计了一种双向液压机位移-力耦合控制电液伺服系统,并建立了相应的数学模型,揭示了基于线性负载的位移-力耦合控制系统的物理规律,提出一种双向液压机位移-力耦合控制解耦方法,并通过仿真和试验平台对该方法有效性进行验证。结果表明,当系统运行稳定后,力的最大超调量为1.42%,位移的最大超调量为0.8%,力闭环跟踪误差的标准差为447.5 N,位移闭环跟踪误差的标准差为0.037 mm。该方法实现了双向液压机位移与力的高精度耦合控制,增加了系统的自由度,为位移-力双变量耦合控制解耦方法的研究提供了新思路。

基于力和位移混合控制的多自由度结构拟静力试验方法研究

多自由度结构拟静力试验中需对各自由度按照特定的力比例模式进行加载,因此力控制加载自然成为多自由度结构拟静力试验的选择。然而,结构进入倒塌阶段后承载力急剧下降,采用力控制加载的拟静力加载试验难以实施。为有效解决上述问题,提出一种适用于多自由度结构拟静力试验的力和位移混合控制方法。采用此混合控制试验方法既能够保持结构各自由度的受力符合特定的力比例关系,又可以保证在结构进入倒塌阶段后实施稳定的加载控制。基于MTS公司的Flex-Test IIm平台采用Visual BASIC语言开发了多自由度力和位移混合控制拟静力加载试验控制软件TMPTG,并进行了具体试验,验证了混合控制算法的有效性。

位移保护下力-控制拟动力试验方法的原理

本文提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法 ,即以力控制方式为基础的力 -位移混合控制方法。

密肋复合墙-剪力墙混合结构水平位移计算方法研究

密肋复合墙-剪力墙混合结构是把密肋复合墙与剪力墙组合起来,形成的一种新型联合抗侧力结构,有效解决了密肋结构在7度及以上地震烈度区建造高度、应用范围受限的问题。对水平荷载作用下复合墙-剪力墙结构的位移计算方法进行研究:依据Timoshenko梁基本理论,将密肋复合墙视为弯剪型悬臂墙,同时考虑其弯曲变形和剪切变形,采用变形连续化方法建立了结构体系的位移微分方程,以常见倒三角形荷载为例推导了密肋复合墙弯曲变形、剪切变形和结构总水平位移的解析表达式。算例分析表明:复合墙-剪力墙结构与框剪结构的刚度特征值、位移公式完全相容,后者可视为前者在复合墙抗弯刚度取无穷大时的一种特殊表现形式;结构侧移曲线呈现弯曲变形为主的弯剪型特征,但复合墙的剪切变形在总变形中占有一定比重,不应忽略。研究工作为复合墙-剪力墙结构的内力计算和抗震设计提供了基础。

基于力和位移混合控制的多自由度结构拟静力实验方法研究

多自由度结构拟静力实验中需对各自由度按照特定的力比例模式进行加载,因此力控制加载自然成为多自由度结构拟静力实验的选择。然而,结构进入倒塌阶段后承载力急剧下降,采用力控制加载的拟静力加载实验难以实施。为有效解决上述问题,本文提出了一种适用于多自由度结构拟静力实验的力和位移混合控制方法。采用此混合控制实验方法既能够保证结构各自由度的受力符合特定的力比例关系,又可以保证在结构进入倒塌阶段后实施稳定的加载控制。基于MTS公司的Flex-TestⅡm平台采用Visual Basic语言开发了多自由度力和位移混合控制拟静力加载实验控制软件TMPTG,并进行了具体实验验证了混合控制算法的有效性。

基于事件的机器人主-被动混合力-位控制方法

机器人系统螺丝锁付过程中实际接触力难以精确获得;若采用力传感信号来检测接触力并加以控制,力传感器不易安装,且传感器噪声和信号传输延迟都会对控制的精确性产生影响,使得系统不可控。本文采集伺服电机转矩值经过换算得到末端锁付头与工件的接触力,来替代直接采用力传感器信号反馈末端执行器的接触力。以螺丝锁付过程中期望的锁止扭矩作为阈值,并通过能量均衡器对预测力值和当前解算力值进行能量校正,使锁付机器人控制系统保持无源性且具备主动柔顺的能力,来达到系统的安全性。针对一种精密塑胶件自动化锁付,本文设计实现一种被动柔顺机构,并结合基于事件的力位混合控制策略,验证机器人锁付过程中主-被动力-位混合控制的安全性和可行性。

柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。

汽车动力总成悬置系统位移控制设计计算方法

论述了动力总成位移控制设计的一般原理。以一轿车动力总成4点悬置系统为例,针对汽车的一特殊行驶工况,对动力总成的质心位移、悬置位移和支承点反力进行了计算。文中论述的动力总成位移控制的设计思想和计算方法对汽车动力总成的设计具有指导意义。

外环位移控制与内环力控制拟动力试验方法

对于大刚度结构试验,采用传统的位移控制加载试验难以进行,为此提出了外环位移控制、内环力控制的混合控制加载方法。在结构上设置外接高精度位移传感器测量位移反应,并设计位移控制器实现结构位移的反馈控制,同时采用一个位移与力转换系数,把位移命令转换为力命令使得加载设备采用力控制加载模式工作。为了验证该方法的有效性,首先介绍该方法的原理,然后进行数值模拟与试验验证。数值模拟和试验结果都表明,当选用合理的控制器参数时,该方法具有非常好的稳定性和精度,要优于传统拟动力试验方法,并且可以实现小位移的精确加载和测量,试验结果更准确。同时该方法中的内环采用力控制要比采用位移控制得到的试验结果更精确。研究表明,该方法可以很好地完成大刚度结构的拟动力试验。

型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构位移特征及控制

以结构刚度特征值λ和核心筒高宽比H/b为参数,对型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构参数化模型进行了静力非线性分析.在22组计算结果统计分析的基础上,对混合结构的变形特征、位移控制、位移随地震作用变化规律以及罕遇地震作用下弹塑性位移估计等问题进行了研究.研究结果表明,混合结构抗侧力构件的塑性发展主要集中在结构底部几层,最大层间位移角的控制主要集中在平均0.67倍结构高度位置,大震最大层间位移角和最大有害层间位移角可分别取小震时相应数值的4.5、5.5倍进行位移估计.

研究岩石破裂等弱化行为的力－位移组合控制方法

本文介绍了一种用力和位移的线性组合控制岩石试验的新方法。该方法已在一台自制的伺服实验系统上和一台ＭＴＳ实验系统上得到了实现。用这种方法能够简便地求出通常难以求出的具有Ⅱ类特性岩石的全应力─应变曲线，而且能够变化出如广义应力松驰等其它实验类型，从而能够对时间依赖性进行深入的研究。由于其易于采用的特点，它在研究岩石破裂乃至摩擦等弱化过程方面有着广泛的应用前景。

SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法研究

型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架结构具有较好的抗震性能,在大跨度结构及高层建筑中得以广泛应用,然而对于SRC柱-钢梁混合框架结构的抗震设计方法研究较少。根据SRC柱-钢梁混合框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、暂时使用、修复后使用、接近倒塌四个水平,采用层间位移角限值予以量化,并在此基础上提出SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法。利用通用有限元软件ABAQUS中的PQ-FIBER模型对SRC柱-钢梁混合框架进行静力弹塑性分析,并采用已有的试验研究成果对PQ-FIBER模型的适用性进行了验证。采用此方法对某8层SRC柱-钢梁混合框架结构进行了设计,然后采用静力弹塑性分析法验证该方法的可行性,为SRC柱-钢梁混合框架结构直接基于位移的抗震设计方法提供一定依据。

钢-混凝土混合框架抗震性能评估——基于静力弹塑性Pushover分析方法

混凝土结构抗震性是关系建筑物安全的指标之一,以一个6层的圆钢管混凝土柱——钢梁混合框架为背景,利用SAP2000有限元分析软件建立考虑楼板空间作用(基本结构)和不考虑楼板空间作用的两种结构三维模型,对结构模型进行Pushover分析,评估基本结构的抗震性能。

力-位置混合控制机器人工作任务描述中的几个问题

对力－位置混合控制机器人工作任务描述中的几个关键问题进行了较细致的研究，分析了机器人与操作对象间相互作用力产生的原因，讨论了工作任务的伪完成态问题，并对工作任务描述的完整性问题作了进一步的研究。研究结果表明只有掌握了工作任务描述的实质，并对任务执行过程有深入、完整的了解，才能圆满地完成工作任务描述工作。

基于位移反馈控制的等效力控制方法

等效力控制方法应用反馈控制的方法求解非线性方程,使隐式逐步积分算法成功应用于实时子结构试验中。等效力控制方法应用力-位移转换系数将等效力转换为位移命令,以使作动器按照传统的位移控制模式对试件加载。力-位移转换系数与试件的刚度有关,粗略方法是用结构的起始刚度,若要提高精度必须准确估计试件的刚度(如上一步割线刚度)。对于复杂的多自由度结构,计算其准确的割线刚度是非常困难的。为解决这个问题,提出不采用力-位移转换系数的方法,即采用基于位移反馈控制的等效力控制方法,通过数值模拟和试验验证所提方法的有效性。研究结果表明,提出的不采用力-位移转换系数的基于位移反馈控制的等效力控制方法具有较好的稳定性和精度。

基于滑模控制的滑移率-减速度混合控制方法

滑移率-减速度混合控制是一种用于线控制动系统中联合控制车轮滑移率与车轮减速度的控制方法,用于降低滑移率控制系统中测量噪声对控制效果的影响。文章对滑移率-减速度混合控制算法做出改进,考虑车速变化的变速趋近律设计一种滑模控制器。针对滑模控制器所需车轮纵向摩擦力不能直接测量的问题,文章以车轮滑移率作为状态变量设计一种基于龙伯格观测器的车轮纵向摩擦力观测器。通过Matlab与Carsim的联合仿真与改进前控制算法进行对比,仿真结果表明,改进后算法的控制效果有明显提高。

不确定非线性系统的状态参考自适应与L_2-增益混合控制

针对一类不确定非线性系统 ,首次提出了一种状态参考自适应与 L2 -增益混合控制器。该控制器大大拓宽了递推 (backstepping)自适应控制方法的适用范围 ,且对非匹配的未知参数和有界干扰具有强鲁棒性。理论分析和仿真结果说明了该控制器的可行性和有效性。